本發(fā)明涉及到通訊隔離與電平轉(zhuǎn)換領域，特別是涉及到一種通訊隔離與電平轉(zhuǎn)換電路。

背景技術：

在現(xiàn)在智能電池的應用中，需要實現(xiàn)電池與主機之間的通訊，常常會用到串口通訊，在這樣的情況下，由于電池的BMS上所用的MCU的供電電壓會與主機MCU的供電電壓不一樣，所以不能直接連接進行通訊，而需要通過電平轉(zhuǎn)換與隔離電路去做中轉(zhuǎn)，現(xiàn)有技術中，通信隔離與電平轉(zhuǎn)換電路的效率不高且較為復雜。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的為提供一種簡單高效的通訊隔離與電平轉(zhuǎn)換電路。

本發(fā)明提出一種通訊隔離與電平轉(zhuǎn)換電路，分別與電池與主機連接，其包括第一支路與第二支路；

所述第一支路包括二極管D1、上拉電阻R1、上拉電阻R3，所述二極管D1的正極電連接所述電池的數(shù)據(jù)接收端，所述二極管D1的負極電連接所述主機的數(shù)據(jù)發(fā)送端，所述上拉電阻R1的一端分別與所述電池的數(shù)據(jù)接收端、二極管D1的正極連接，另一端連接3.3V電壓，所述上拉電阻R3的一端分別與所述主機的數(shù)據(jù)發(fā)送端、二極管D1的負極連接，另一端連接5V電壓，所述第一支路實現(xiàn)了所述主機的數(shù)據(jù)發(fā)送端向所述電池的數(shù)據(jù)接收端發(fā)送信號時的電平轉(zhuǎn)換與電壓隔離；

所述第二支路包括三極管Q1、三極管Q2、上拉電阻R8、上拉電阻R10，所述三極管Q1的基極電連接所述電池的數(shù)據(jù)發(fā)送端，所述三極管Q1的集電極電連接所述三極管Q2的基極，所述三極管Q1的發(fā)射極接3.3V電壓，所述三極管Q2的集電極電連接所述主機的數(shù)據(jù)接收端，所述三極管Q2的發(fā)射極電連接GND端，所述上拉電阻R8的一端分別與所述電池的數(shù)據(jù)發(fā)送端、三極管Q1的基極連接，另一端連接3.3V電壓，所述上拉電阻R10的一端分別與所述主機的數(shù)據(jù)接收端、三極管Q2的集電極連接，另一端連接5V電壓，所述第二支路實現(xiàn)了所述電池的數(shù)據(jù)發(fā)送端向所述主機的數(shù)據(jù)接收端發(fā)送信號時的電平轉(zhuǎn)換與電壓隔離；

還設有第一下拉MOS管，所述第一下拉MOS管的漏極連接所述電池的數(shù)據(jù)發(fā)送端，源極連接GND端；

還設有第二下拉MOS管，所述第二下拉MOS管的漏極連接所述主機的數(shù)據(jù)發(fā)送端，源極連接GND端。

進一步的，所述電池設有第一MCU，所述第一下拉MOS管的柵極連接所述第一MCU，當所述電池的數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)字信號0時，所述第一MCU控制所述第一下拉MOS管導通使所述電池的數(shù)據(jù)發(fā)送端電壓為0；

所述主機設有第二MCU，所述第二下拉MOS管的柵極連接所述第二MCU，當所述主機的數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)字信號0時，所述第二MCU控制所述第二下拉MOS管導通使所述主機的數(shù)據(jù)發(fā)送端電壓為0。

進一步的，還包括電阻R2，所述電阻R2的一端與所述二極管D1的負極連接，另一端與主機的數(shù)據(jù)發(fā)送端連接。

進一步的，還包括二極管D2，所述二極管D2的正極與所述三極管Q1的集電極電連接，負極與所述三極管Q2的基極電連接。

進一步的，還包括電阻R9，所述電阻R9的一端與所述電池數(shù)據(jù)發(fā)送端連接，另一端與所述三極管Q1的基極之連接，還包括電阻R5，所述電阻R5的一端與所述二極管D2的負極連接，另一端與所述三極管Q2的基極連接，還包括電阻R6，所述電阻R6的一端與所述三極管Q2的基極連接，另一端與三極管Q2的發(fā)射極連接，還包括電阻R7，所述電阻R7的一端與所述三極管Q2的集電極連接，另一端與主機的數(shù)據(jù)接收端連接。

進一步的，還包括電阻R4，所述電阻R4的一端與所述三極管Q1的集電極連接，另一端連接GND端。

進一步的，所述二極管D1為硅管或鍺管。

進一步的，所述二極管D2為硅管或鍺管。

進一步的，所述三極管Q1為PNP型三極管。

進一步的，所述三極管Q2為NPN型三極管。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供一種簡單高效的轉(zhuǎn)換電路，無論是高電壓接口信號向低電壓接口傳輸還是低電壓接口信號向高電壓接口傳輸，經(jīng)過本發(fā)明的電路的中轉(zhuǎn)后，都能實現(xiàn)通信隔離與電平轉(zhuǎn)換，解決了不同供電電壓MCU之間的通訊功能，還可以防止主機出現(xiàn)異常時主機高壓加到電池上而損壞電池。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例一種通訊隔離與電平轉(zhuǎn)換電路的電路圖；

圖2是本發(fā)明一實施例一種通訊隔離與電平轉(zhuǎn)換電路中第一下拉MOS管的極性連接圖；

圖3是本發(fā)明一實施例一種通訊隔離與電平轉(zhuǎn)換電路中第二下拉MOS管的極性連接圖。

本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參照圖1-3，一種通訊隔離與電平轉(zhuǎn)換電路，分別與電池10與主機20連接，其包括第一支路30與第二支路40；第一支路30包括二極管D1、上拉電阻R1、上拉電阻R3，二極管D1的正極電連接電池10的數(shù)據(jù)接收端，二極管D1的負極電連接主機20的數(shù)據(jù)發(fā)送端，上拉電阻R1的一端分別與電池10的數(shù)據(jù)接收端、二極管D1的正極連接，另一端連接3.3V電壓，上拉電阻R3的一端分別與主機20的數(shù)據(jù)發(fā)送端、二極管D1的負極連接，另一端連接5V電壓，第一支路30實現(xiàn)了主機的數(shù)據(jù)發(fā)送端向電池的數(shù)據(jù)接收端發(fā)送信號時的電平轉(zhuǎn)換與電壓隔離，實現(xiàn)信號傳遞。

第二支路40包括三極管Q1、三極管Q2、上拉電阻R8、上拉電阻R10，三極管Q1的基極電連接電池10的數(shù)據(jù)發(fā)送端，三極管Q1的集電極電連接三極管Q2的基極，三極管Q1的發(fā)射極接3.3V電壓，三極管Q2的集電極電連接主機20的數(shù)據(jù)接收端，三極管Q2的發(fā)射極電連接GND端，上拉電阻R8的一端分別與電池10的數(shù)據(jù)發(fā)送端、三極管Q1的基極連接，另一端連接3.3V電壓，上拉電阻R10的一端分別與主機20的數(shù)據(jù)接收端、三極管Q2的集電極連接，另一端連接5V電壓，第二支路40實現(xiàn)了電池10的數(shù)據(jù)發(fā)送端向主機20的數(shù)據(jù)接收端發(fā)送信號時的電平轉(zhuǎn)換與電壓隔離，實現(xiàn)信號傳遞。還設有第一下拉MOS管201，第一下拉MOS管201的漏極連接電池的數(shù)據(jù)發(fā)送端，源極連接GND端；還設有第二下拉MOS管301，第二下拉MOS管301的漏極連接主機的數(shù)據(jù)發(fā)送端，源極連接GND端。

在本發(fā)明一實施例中，上述上拉電阻是將不確定的信號通過一個電阻鉗位在高電平，電阻同時起限流作用。下拉同理，也是將不確定的信號通過一個電阻鉗位在低電平。

在本發(fā)明一實施例中，上述MOS管就是絕緣柵型場效應管，全名叫MOSFET，一般是金屬(metal)—氧化物(oxide)—半導體(semiconductor)場效應晶體管，或者稱是金屬—絕緣體(insulator)—半導體。MOS管的source(源極)和drain(耗盡層)是可以對調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。在本實施方式中，第一下拉MOS管與第二下拉MOS都是NMOS管。

在本發(fā)明一實施例中，上述BMS是電池管理系統(tǒng)，是電池與用戶之間的紐帶，主要對象是二次電池。二次電池存在下面的一些缺點，如存儲能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問題、使用安全性、電池電量估算困難等。電池的性能是很復雜的，不同類型的電池特性亦相差很大。電池管理系統(tǒng)主要就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。隨著電池管理系統(tǒng)的發(fā)展，也會增添其它的功能。

在本發(fā)明一實施例中，上述串口通訊(Serial Communication)是指外部設備和計算機間，通過數(shù)據(jù)信號線、地線、控制線等，按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式，這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)汀?/p>

在本發(fā)明一實施例中，上述高電平的電壓值為2.5-5.5V，控制發(fā)出的數(shù)字信號為1。

在本發(fā)明一實施例中，上述低電平的電壓值為0-1.5V，控制發(fā)出的數(shù)字信號為0。

在本實施方式中，第一支路30由主機20的發(fā)送端即TX’端向電池10的數(shù)據(jù)接收端即RXD端傳輸信號。TX’端通過電阻R2電連接二極管D1的負極，電阻R2起到分壓穩(wěn)流的作用，TX’端還設有上拉電阻R3，在本實施例中，上拉電阻R3接主機的電壓，并將主機20的發(fā)送端電壓上拉至5V，二極管的正極電連接RXD端，RXD端還設有上拉電阻R1，在本實施例中，上拉電阻R1接電池電壓，并將電池的數(shù)據(jù)接收端的電壓上拉至3.3V，可以理解，在使用不同電壓的電池10和主機20時，上拉電阻將將電壓上拉的電壓可以不同于本實施例。當TX’端需要發(fā)送數(shù)字信號1時，由于上拉電阻R3已將TX’端的電壓上拉至5V即高電平，所以TX’端在正常情況下是發(fā)出數(shù)字信號1，由于二極管的單向?qū)ㄐ裕?V的電壓無法通過二極管傳輸?shù)絉XD，但由于RXD端的電壓被上拉電阻R1上拉至3.3V即高電平，這樣就實現(xiàn)了當TX’輸出為1即高電平5V時，接收端RXD也為1即高電平3.3V，實現(xiàn)了信號傳輸，同時也防止了TX’端的5V電壓加到RXD端導致電池10的第一MCU200損壞。當TX’端需要發(fā)送數(shù)字信號0時，主機20由第二MCU300控制第二下拉MOS管301，使第二下拉MOS管301導通，即TX’端的電壓被下拉為0V，本實施方式中，第一下拉MOS管201與第二下拉MOS管301都設在MCU上，本實施方式中二極管D1使用的是硅管，由于二極管D1的單向?qū)ㄐ?，二極管D1的壓降大約為0.7V，即二極管D1兩端的電壓之間的電壓為0.7V即低電平，而二極管D1的正極端為RXD端，所以電池10的第一MCU200會判定0.7V低電平為數(shù)字信號0，這樣就實現(xiàn)了當TX’輸出為0時，接收端RXD也為0?？梢岳斫?，當二極管D1使用的是鍺管時，二極管的降壓約為0.3V依然為低電平，所以使用鍺管的效果和使用硅管的效果在本發(fā)明中的作用相同。

在本實施方式中，第二條支路40由電池10的數(shù)據(jù)發(fā)送端即TXD端向主機20的數(shù)據(jù)接收端即RX’端傳輸信號。TXD端通過電阻R9電連接三極管Q1的基極，TXD端還通過上拉電阻R8接電池10電壓，并將TXD端的電壓上拉至3.3V，本實施方式中，三極管Q1使用的是PNP型三極管，電阻R9起到分壓穩(wěn)流的作用，三極管Q1的發(fā)射極接電池10的電壓，使得三極管Q1的發(fā)射極的電壓被上拉至3.3V，三極管Q1的集電極點連接二極管D2的正極，二極管D2的負極通過電阻R5電連接三極管Q2的基極，本實施方式中，三極管Q2使用的是NPN型三極管，電阻R5起到分壓穩(wěn)流的作用，三極管Q2的集電極通過電阻R7與RX’端電連接，RX’端又由上拉電阻R10接主機20電壓，并將電壓上拉至5V；三極管Q2的發(fā)射極電連接GND端，三極管Q2的基極與發(fā)射極之間還并聯(lián)有電阻R6，電阻R6起到穩(wěn)定三極管Q2的作用；三極管Q1的集電極還通過電阻R4電連接GND端，解決了電壓懸浮不穩(wěn)定的狀態(tài)。當TXD端需要發(fā)送數(shù)字信號0時，TXD端由第一MCU200中控制第一下拉MOS管201，使第一下拉MOS管201導通，TXD端的電壓被下拉為0V，由于PNP型三極管的特性，即發(fā)射極電壓大于基極電壓，基極電壓又大于集電極電壓，使得三極管Q1被導通。三極管Q1被導通后，由于三極管Q2使用的是NPN型三極管，所以當三極管Q2的基極有電壓時，三極管Q2也會被導通，三極管Q2被導通后，RX’端被接到GND端，使得RX’端的電壓就為0，主機20的第二MCU300會判定接收到低電平信號0，這樣就實現(xiàn)了當TXD端輸出數(shù)字信號為0時RX’端也接收到數(shù)字信號0。當TXD端需要發(fā)送數(shù)字信號1時，TXD端原本已設置有上拉電阻R8，上拉電阻接電池10的電壓，并將TXD端電壓上拉為3.3V，電池10的第一MCU200會將此電壓作為TXD端的作為需要發(fā)出的信號電壓發(fā)出數(shù)字信號1，由于TXD端電壓等于三極管Q1的發(fā)射極電壓，根據(jù)三極管的特性，使得三極管Q1無法導通，三極管Q1無法導通后，三極管Q2也無法導通，而RX’端已由上拉電阻R10接主機電壓，并將主機20的數(shù)據(jù)接收端電壓上拉至5V，主機20的第二MCU300會將此電壓作為接收到的信號電壓，這樣就實現(xiàn)了當TXD發(fā)出數(shù)字信號1時，RX’端也接收到數(shù)字信號1。二極管D2的存在使第二支路40通信隔離的效果更佳。無論三極管Q1和三極管Q2使用的是何種類型的三極管，只需保證當TXD端發(fā)出數(shù)字信號0時，三極管Q1可以導通，三極管Q2可以導通，當TXD端發(fā)出數(shù)字信號1時，三極管Q1無法導通，三極管Q2無法導通即可。

綜上所述，本發(fā)明提供一種簡單高效的轉(zhuǎn)換電路，無論是主機20向電池10發(fā)送數(shù)據(jù)，還是電池10向主機20發(fā)送數(shù)據(jù)，即無論是高電壓接口信號向低電壓接口傳輸還是低電壓接口信號向高電壓接口傳輸，經(jīng)過本發(fā)明的電路中轉(zhuǎn)后，都能實現(xiàn)通信隔離與電平轉(zhuǎn)換，解決了不同供電電壓MCU之間的通訊功能，還可以防止主機20出現(xiàn)異常時主機20高壓加到電池上而損壞電池10。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。